JPH1140094A - 真空装置の排気システムおよび排気方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】予備排気室を持つ真空排気装置において、真空
粗引きポンプの数を減らし、さらに主真空室の真空度を
向上させる。 【解決手段】試料観察室１０１のターボ分子ポンプ１０
５の背面排気管は、予備排気室108のターボ分子ポンプ
１０６の吸気側に接続されており、試料観察室１０１
は、試料観察室１０１のターボ分子ポンプ１０５，予備
排気室１０８のターボ分子ポンプ１０６，ドライポンプ
１０７によって排気される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高真空中で試料の
観察やワークの加工を行う装置で、観察や加工等を行う
主真空室とそこへ試料やワークを出し入れするために予
備排気室を設けた装置の真空ポンプの接続の方法に係
り、特に、主真空室で高真空が要求される、高分解能電
子顕微鏡や、分子線エピタキシャル装置の主真空室の真
空排気に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術において、観察や加工等を行う
主真空室とそこへ試料やワークを出し入れするために予
備排気室を設けた真空装置の排気は、主真空室，予備排
気室それぞれに高真空ポンプを設け、さらにそれらの高
真空ポンプが、油拡散ポンプや、ターボ分子ポンプのよ
うな吐き出し型のポンプで、この排気側にさらに低真空
用ポンプを必要とする場合、それぞれの高真空用ポンプ
１台に付き、低真空用ポンプを１台設けていた（特開平
5−47645号公報）。

【０００３】また、２つの高真空ポンプの排気を１つの
低真空ポンプで排気するようにしたシステムの提案もあ
る（特願平6−146630 号公報）。主真空室の真空度を上
げるためには、一般に大型の高真空ポンプを用いてい
る。また特に高真空を得るために、高真空ポンプを２段
直列に配したものもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】高真空中で試料の観察
を行う、高分解能電子顕微鏡や、ワークの加工を行う分
子線エピタキシャル装置（ＭＢＥ装置）等、高真空が要
求される装置では、高真空を達成するために様々な工夫
を凝らしている。たとえばＭＢＥ装置の場合、主真空室
の内壁に特殊な加工を施したり、大型のターボ分子ポン
プを取り付ける等している。

【０００５】これらの装置では、試料を主真空室に入れ
るために、主真空室に隣接して予備排気室を設けてお
り、この予備排気室に一度試料等を入れてそこで高真空
に排気した後、主真空室との隔壁を開け試料を主真空室
に導いている。

【０００６】装置によっては、主真空室と予備排気室の
高真空ポンプの排気側に付けるドライポンプや油回転ポ
ンプを共用している装置もあるようだが、主真空室の高
真空を保つため、それぞれ独立に設けているものが一般
的であった。このため、一台の装置で複数のポンプを備
えなければならず、コストや配置，配管の取り回し等に
難があったが、装置構成上、やむを得ぬこととみなされ
てきた。

【０００７】また、電子顕微鏡において、試料室の真空
度の低下は、試料の電子線照射による汚染を悪化させる
恐れがあり、この点で出来るだけ高真空にする事が望ま
れる。

【０００８】これに対し、試料付近に低温のトラップ板
を付ける等の対策法があるが、このトラップ板を低温に
するために、液体窒素を供給する等が必要になり、手間
のかかる対策法であった。

【０００９】またさらに、高分解能の電子顕微鏡には、
フィールドエミッション電子銃が用いられているが、こ
れを扱うには、高真空が必要である。試料室の真空度が
不十分であると、電子銃の真空度に影響を及ぼし、電子
銃の安定度や寿命に悪い影響をあたえる恐れがあった。

【００１０】真空室の真空度を上げるためには、一般に
大型の高真空ポンプを用いる。しかし、これには幾つか
の障害がある。例えば、・大型のポンプは、高価であ
る。

【００１１】・大型のポンプは、場所を取る。

【００１２】・大型のポンプは、ノイズや振動が大き
い。

【００１３】等である。高分解能電子顕微鏡等にとって
は、ノイズや振動の問題は不可避であり、装置本来の性
能を損ねる恐れがある。

【００１４】高真空ポンプを２段直列につなげる場合
も、上記と同じく高価で、場所を取るという問題があ
る。

【００１５】本発明の目的は、高真空を要求するこれら
の装置において、主真空室の高真空を保ちながら、低真
空側のポンプ数を減らし、低コストで装置構成も簡略化
でき、さらに真空度も向上できる真空排気の方法、およ
びシステムを提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、主真空室側の高真空ポンプの排気管を、予備真
空室の高真空ポンプの吸気側に接続した。これにより主
真空室の排気は、主真空室の高真空ポンプ−予備排気室
の高真空ポンプ−予備排気室の低真空ポンプというふう
に接続され、高真空ポンプが２段に接続されたことにな
り、主真空室の真空排気能力（到達真空度）は、大幅に
改善される。さらに、主真空室用の低真空側ポンプは、
予備排気室の低真空側ポンプと共用されるので不要とな
る。

【００１７】通常、ワークを処理しているときは、主真
空室の排気は、上述のように高真空ポンプ二段の排気が
なされ、高排気能で真空排気される。

【００１８】このワークを外に出すときにはまず、ワー
クを予備排気室に移動させ、主真空室と隔絶させる。そ
して、予備排気室のみ真空を破る。このとき、予備排気
室の高真空ポンプは、動作はしているが、バルブによっ
て、予備排気室から隔絶されており、主真空室の高真空
ポンプの排気のみを行っている。

【００１９】予備排気室が大気圧となり、ゲートが開い
て、ワークが交換されると、再びゲートが閉まり、予備
排気室の真空排気が始まる。まず、予備排気室の高真空
ポンプと低真空ポンプの間のバルブが閉まり、この低真
空ポンプと予備排気室の間のバルブが開いて、予備排気
室の粗引き排気が始まる。このときも、２つの高真空ポ
ンプは動作を続ける。予備排気室の高真空ポンプの背面
の排気は止まるが、主真空室の高真空ポンプの排気側
は、予備排気室の高真空ポンプで排気されているので、
短時間であれば影響を受けることがほとんど無い。ま
た、粗引き排気時間が、影響するほど長時間に及ぶとき
には、予備排気室の高真空ポンプの背面にリザーバタン
クを設け、予備排気室の高真空ポンプの背面の圧力が上
昇し難いよう配慮してやればよい。

【００２０】次に、予備排気室の真空度が低真空ポンプ
の到達真空度に近づいたら、低真空ポンプと予備排気室
の間のバルブが閉まり、予備排気室の高真空ポンプと予
備排気室との間のバルブが開いて、予備排気室が高真空
まで排気される。このとき一時、主真空室の高真空側ポ
ンプの背面側の圧力が上昇するが、この圧力は、従来の
低真空ポンプの到達真空度に近いわけであるから、少な
くとも、従来以上の排気性能は、維持できる。このと
き、主真空室の高真空ポンプの背面と予備排気室の高真
空ポンプの吸気側との間に、バルブを設け、一時このバ
ルブを閉めれば、主真空室の高真空ポンプの背面の圧力
が上昇することを防ぐことができる。

【００２１】またさらに、この排気時間が、主真空室の
排気に影響するほど長時間に及ぶときには、主真空室の
高真空ポンプの背面にリザーバタンクを設け、主真空室
の高真空ポンプの背面の圧力が上昇し難いよう配慮して
やればよい。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による荷電粒子線
装置の一実施例である。特に図１は、半導体等の大型試
料用走査形電子顕微鏡に本発明を適用した例である。

【００２３】試料観察室１０１には試料１０２を載せて
動かすステージ１０３がある。試料観察室１０１は、タ
ーボ分子ポンプ１０５によって排気されている。試料観
察室１０１の上には、電子顕微鏡の鏡体１０４がある。
さらに試料観察室１０１の一部に試料交換用の予備排気
室１０８が設けてある。予備排気室１０８もターボ分子
ポンプ１０６，ドライポンプ１０７によって排気され
る。ここで、試料観察室１０１のターボ分子ポンプ１０
５の背面排気管は、予備排気室１０８のターボ分子ポン
プ１０６の吸気側に接続されており、試料観察室１０１
は、試料観察室１０１のターボ分子ポンプ１０５，予備
排気室１０８のターボ分子ポンプ１０６，ドライポンプ
１０７によって排気される。

【００２４】試料１０２を交換するときは、ステージ１
０３上の試料１０２を予備排気室１０８に移動させ、ゲ
ートバルブ１１０を閉じて、予備排気室１０８を試料観
察室１０１から真空的に隔絶する。そして、パージバル
ブ１１１を開いて、予備排気室１０８のみに空気等のガ
スを放出し、大気圧にする。このとき、予備排気室１０
８のターボ分子ポンプ１０６の吸気側のバルブ１１２
は、閉じているので、試料観察室１０１の排気系、ター
ボ分子ポンプ１０５→予備排気室１０８のターボ分子ポ
ンプ１０６→ドライポンプ１０７に影響は出ない。

【００２５】大気圧になったところで、試料を交換す
る。試料の交換が終了したら、予備排気室１０８内を真
空排気する。まず、ターボ分子ポンプ１０６とドライポ
ンプ１０７との間のバルブ１１３を閉じる。次に、予備
排気室１０８とドライポンプ１０７との間のバルブ１１
４を開き、予備排気室１０８の粗引き排気を始める。こ
のとき予備排気室１０８のターボ分子ポンプ１０６の背
面の排気は止まるが、試料観察室１０１のターボ分子ポ
ンプ１０５の排気側は、予備排気室１０８のターボ分子
ポンプ１０６で排気されているので、短時間であれば影
響を受けることが無い。

【００２６】また、この粗引き排気時間が、影響するほ
ど長時間に及ぶときには、図２に示すように予備排気室
１０８のターボ分子ポンプ１０６の背面にリザーバタン
ク１０５を設け、予備排気室１０８のターボ分子ポンプ
１０６の背面の圧力が、上昇し難いよう配慮してやれば
よい。予備排気室１０８の真空度が、ドライポンプ１０
７の到達真空度に近づいたら、予備排気室１０８とドラ
イポンプ１０７との間のバルブ１１４を閉じ、予備排気
室１０８のターボ分子ポンプ１０６とドライポンプ１０
７との間のバルブ１１３を開く。

【００２７】次に、予備排気室１０８のターボ分子ポン
プ１０６の吸気側のバルブ１１２を開き、予備排気室１
０８の高真空排気を始める。このとき一時、試料観察室
101のターボ分子ポンプ１０５の背面側の圧力が上昇す
るが、この圧力は、従来の低真空ポンプの到達真空度に
近いわけであるから、少なくとも、従来以上の排気性能
は、維持できる。また、試料観察室１０１のターボ分子
ポンプ１０５の背面と予備排気室１０８のターボ分子ポ
ンプ１０６の吸気側との間に、バルブ１０６を設け、一
時このバルブ１０６を閉めれば、試料観察室１０１のタ
ーボ分子ポンプ１０５の背面の圧力が上昇することを防
ぐことができる。

【００２８】またさらに、この排気時間が、試料観察室
１０１の排気に影響するほど長時間に及ぶときには、図
３に示すように、試料観察室１０１のターボ分子ポンプ
105の背面にリザーバタンク１１７を設け、試料観察室
１０１のターボ分子ポンプ１０５の背面の圧力が上昇し
難いよう配慮してやればよい。

【００２９】予備排気室１０８内の真空度が試料観察室
１０１のレベルに達したら、ゲートバルブ１１０を開
き、試料１０２を電子顕微鏡の鏡体１０４の下の観察位
置へ持ってくる。試料１０２の移動が終了したら、ゲー
トバルブ１１０を閉じ、試料観察室１０１のターボ分子
ポンプ１０５の背面のバルブ１１６を開けて、試料観察
室１０１の排気を行う。これが、試料観察・交換の一連
の動作である。

【００３０】図４は、従来の排気系の構成である。

【００３１】試料観察室１０１のターボ分子ポンプ１０
５の背面に独立した粗引きポンプ１０７′を設けてお
り、排気シーケンスが動いているときでも、ターボ分子
ポンプ１０５の背面圧力が影響を受ける事はない。しか
し、このために粗引きポンプを２つ用意する必要があ
る。

【００３２】実施例では主に半導体用の電子顕微鏡を例
にあげたが、本発明の効果は、半導体用以外の電子顕微
鏡にも有効である。

【００３３】また本実施例では電子顕微鏡を例にあげた
が、本発明の効果は、電子顕微鏡以外の装置、例えば電
子線描画装置やＦＩＢ装置等、予備排気室のような真空
室を持つ真空装置にも同様に有効である。

【００３４】

【発明の効果】本発明により、従来、高真空ポンプ１つ
毎に粗引きポンプ１つを要していたが、これがひとつの
粗引きポンプで処理可能となる。

【００３５】これによって、装置コストが低減されると
共に、スペース，メンテナンスの点でも、向上が図られ
る。

【００３６】さらに、高真空ポンプを２段直列に接続す
るので、試料観察室の到達真空度を向上させることが可
能になる。これによって、たとえば高分解の電子顕微鏡
では、残留ガスによる試料の汚染の低減，電子銃の安定
度，寿命の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による荷電粒子線装置の一実施例の、走
査形電子顕微鏡の排気系システム図。

【図２】本発明による荷電粒子線装置の一実施例の発展
型を示した、走査形電子顕微鏡の排気系システム図。

【図３】本発明による荷電粒子線装置の一実施例のさら
なる発展型を示した、走査形電子顕微鏡の排気系システ
ム図。

【図４】従来の走査形電子顕微鏡の排気系システム図。

【符号の説明】

１０１…試料観察室、１０２…試料、１０３…ステー
ジ、１０４…電子顕微鏡の鏡体、１０５…試料観察室排
気用ターボ分子ポンプ、１０６…予備排気室排気用ター
ボ分子ポンプ、１０７…予備排気室排気用ドライポン
プ、１０８…予備排気室、１１０…試料観察室と予備排
気室間のゲートバルブ、１１１…予備排気室パージバル
ブ、１１２…予備排気室メイン排気バルブ、１１３…予
備排気室ターボ分子ポンプの背面バルブ、１１４…予備
排気室粗引き排気バルブ、１１５…予備排気室ターボ分
子ポンプ用リザーバタンク、１１６…試料観察室ターボ
分子ポンプの背面バルブ、１１７…試料観察室ターボ分
子ポンプ用リザーバタンク。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高真空中で試料の観察やワークの加工を行
   う装置において、試料やワークの真空中への出し入れを
   行うために、主真空室に隣接して予備排気室を設ている
   装置で、これらの部屋の高真空排気に、ターボ分子ポン
   プや油拡散ポンプ等の吐き出し型ポンプを用いているも
   のであり、該試料やワークを該装置の主真空室へ入れる
   場合、まず該予備排気室を大気圧にして開放し、そこに
   該試料やワークを挿入し、該予備排気室を高真空にした
   後、そこから主真空室へ該試料やワークを挿入し、逆
   に、該試料やワークを外に出す場合、該主真空室から該
   試料やワークを該予備排気室へ移動させ、該主真空室を
   密閉させた後、該予備排気室の真空を破って大気圧に
   し、該予備排気室の大気側扉を開けて該試料やワークを
   取り出すようにした真空装置において、該主真空室の高
   真空ポンプの排気管を該予備排気室の高真空ポンプの吸
   気側に接続したことを特徴とする真空装置の排気システ
   ム。
2. 【請求項２】高真空中で試料の観察やワークの加工を行
   う装置において、試料やワークの真空中への出し入れを
   行うために、主真空室に隣接して予備排気室を設ている
   装置で、これらの部屋の高真空排気に、ターボ分子ポン
   プや油拡散ポンプ等の吐き出し型ポンプを用いているも
   のであり、該試料やワークを該装置の主真空室へ入れる
   場合、まず該予備排気室を大気圧にして開放し、そこに
   該試料やワークを挿入し、該予備排気室を高真空にした
   後、そこから主真空室へ該試料やワークを挿入し、逆
   に、該試料やワークを外に出す場合、該主真空室から該
   試料やワークを該予備排気室へ移動させ、該主真空室を
   密閉させた後、該予備排気室の真空を破って大気圧に
   し、該予備排気室の大気側扉を開けて該試料やワークを
   取り出すようにした真空装置において、該主真空室の真
   空排気をする場合に、該高真空ポンプの排気側に、該予
   備排気室の高真空ポンプの吸気側を接続し、高真空ポン
   プを２台タンデムに接続して排気するようにしたことを
   特徴とする真空装置の排気方法。
3. 【請求項３】請求項３の真空装置において、該予備排気
   室、または、該主真空室、または、それら両方の該高真
   空ポンプの排気側に、リザーバタンクを設置したことを
   特徴とする真空装置の排気方法。